<p align=\"justify\">A necessidade urgente de descoberta de terapias mais seguras e eficazes para o tratamento da doença de Chagas e leishmanioses tem motivado a pesquisa por novos inibidores das enzimas cruzaína e CPB, as principais cisteíno proteases do T. cruzie e Leishmania spp., respectivamente. Uma série de 52 compostos nitrílicos que atuam como inibidores covalente-reversíveis de cisteíno proteases foi sintetizada no grupo NEQUIMED/IQSC/USP e avaliada quanto a sua atividade inibitória contra as enzimas cruzaína, CPB de Leishmania mexicana e catepsina L de humanos. Utilizando planejamento molecular baseado em hipótese, mapeamos as relações estrutura-atividade (SARs) desses inibidores através de variações nas posições P1, P2, P3 e P1\' do esqueleto dipeptidil nitrílico. A substituição do grupo eletrofílico (warhead) aminonitrila em P1 pelo grupo azanitrila melhorou a afinidade em duas ordens de magnitude para todos os alvos avaliados. Um dos mais potentes inibidores, o análogo azanitrila Neq0690 mostrou uma cinética de ligação lenta com valores de pKi de 8,8, 9,3 e 9,7 para cruzaína, catepsina L e LmCPB, respectivamente. A substituição bioisostérica da ligação amida entre as posições P2-P3 pelo grupo trifluoroetilamina resultou na síntese do Neq0659, um potente inibidor com um perfil de ação seletivo para as proteases de parasitos. A substituição do grupo metileno em P1 pelo ciclopropano aumentou a afinidade para todas as enzimas. Contudo, uma inibição seletiva da cruzaína e LmCPB foi associada à presença do grupo (R)-benzila como substituinte da posição P1 dos derivados CF3 substituídos. Embora os compostos substituídos com leucina, tirosina, triptofano e 3-cloro fenilalanina como substituintes da posição P2 foram relativamente bem tolerados pela cruzaína e catepsina L, uma restrita especificidade foi verificada para LmCPB com pequenos ganhos de afinidade para os inibidores que possuíam os grupos leucina e metil benzoato como substituintes dessa posição. Com relação à posição P3, a inserção do grupo 3-terc-butilpirazol e 3-bromo piridina aumentou a afinidade para todos os alvos avaliados enquanto que um ganho seletivo para a LmCPB foi observado para os compostos que possuíam o grupo bifenila nessa posição. Além disso, duas novas estruturas cristalográficas da LmCPB complexada com o Neq0690 e metil metanotiossulfonato (MMTS) foram determinadas com resoluções de 1,3 Å e 1,5 Å, respectivamente. As estruturas dos co-complexos revelaram os modos de interação (MoB) desses ligantes, bem como as principais características do processo de reconhecimento bimolecular. Isso permitirá o uso de estratégias de planejamento baseado na estrutura do alvo com translação natural para a pesquisa por novos inibidores de cisteíno proteases, com amplo espectro de ação na quimioterapia de doenças a elas relacionadas. / <p align=\"justify\">The urgent need for the discovery of safer and more effective therapies for the treatment of Chagas disease and leishmaniasis has motivated the search for new inhibitors of the enzymes cruzain and CPB, the major T. cruzi and Leishmania spp. cysteine proteases, respectively. A series of 52 nitrile-containing compounds acting as covalent-reversible inhibitors of cysteine proteases was synthesized at the NEQUIMED/IQSC/USP Medicinal Chemistry Group and evaluated for their inhibitory activity against the enzymes cruzain, Leishmania mexicana CPB and cathepsin L from humans. Using hypothesis-driven molecular design, we mapped the structure-activity relationships (SARs) of these inhibitors through variations in the P1, P2, P3 and P1\' positions of the dipeptidyl nitrile scaffold. The substitution of the aminonitrile by the azanitrile group improved the affinity by two orders of magnitude for all the evaluated targets. One of the most potent inhibitors, the azanitrile analogue dubbed Neq0690 showed a slow-binding kinetics with pKi values of 8.8, 9.3 and 9.7 for cruzain, cathepsin L and LmCPB, respectively. Bioisosteric substitution of the amide moiety between the P2-P3 positions by the trifluoroethylamine group resulted in the synthesis of Neq0659, a potent inhibitor with a selective action profile for parasite proteases. Substitution of the methylene group at P1 by cyclopropane increased the affinity for all enzymes. However, selective inhibition of cruzain and LmCPB was associated with the presence of the (R)-benzyl group as substituent of the P1 position of the substituted CF3 derivatives. Although leucine, tyrosine, tryptophan and 3-chloro phenylalanine substituted compounds as substituents of the P2 position were relatively well tolerated by cruzain and cathepsin L, a restricted specificity was verified for LmCPB with small affinity gains for the inhibitors possessing the leucine and methyl benzoate as substituents of that position. Regarding the P3 position, the insertion of the 3-tert-butylpyrazole and 3-bromo pyridine groups increased the affinity for all evaluated targets whereas a selective gain for LmCPB was observed for the compounds having the biphenyl moiety at that position. In addition, it is noteworthy that two new crystallographic structures of LmCPB complexed with Neq0690 and methyl methanethiosulfonate (MMTS) were determined with resolutions of 1.3 Å and 1.5 Å, respectively. The structures of the co-complexes revealed the modes of binding (MoB) of these ligands, as well as the main characteristics of the bimolecular recognition process. This will allow the natural translational target structure strategies for the search for new inhibitors of cysteine proteases with broad spectrum of action in the chemotherapy of related diseases.

Made available in DSpace on 2015-04-01T14:16:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1793752 bytes, checksum: 268ef42c68c5d688054b4d4ede40319e (MD5) Previous issue date: 2011-07-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lectins are defined as proteins or glycoproteins of nonimmune origin that have at least one site of reversible binding to carbohydrates or glycoconjugates. Lectins of plant origin are the most studied and characterized as three-dimensional structure and biological functions related. Lectins can be found in different parts of the plant from its root to the interior of the seeds. In this last are found where the highest concentrations of lectins. Proteins considered ubiquitous in nature, different biological activities have been attributed to them. The structural study of lectins from the technique of X-ray crystallography has been the most widely used to identify the exact position of atoms arranged in the protein structure. This was the method adopted for the resolution of native and complexed structures with X-man of the DvirL lectin obtained from plant Dioclea virgata belonging to the subtribe Diocleinae, which is the most studied among the lectins of the family Leguminosae. DvirL presents multimeric structure composed of monomers with mass around 25.5 to 30.0 kDa, and their arrangement in biological tetramer is composed of dimers of dimers. The characteristic dimer-tetramer equilibrium is dependent on pH. The main one is the �� subunit, and from its processing are formed subunits: ��, and . This lectin has 237 amino acid residues and a single site for carbohydrate recognition by monomer which is stabilized by the presence of divalent ions Ca2+ and Mn2+ required for maximum affinity for its sugar ligand and their biological activities. The carbohydrate recognition domain (CRD) is formed in protein surface by a sequence of loops located above the site for ions. The degree of specificity of lectins for sugars is given by the relative positions of conserved residues present in the sugar binding site. In this study it was determined that the volume of the CRD can be used to predict the potential of a lectin for recognition of complex glycans. DvirL can bind the X-man via hydrogen bonds between the indolyl and Tyr12 and Van der Waals interactions. The ability to induce nitric oxide production by endothelial cells from different concentrations of lectins was evaluated and found to be dependent on the interaction of endothelial cells with the carbohydrate binding domain, showing DvirL be a great inducer of production nitric oxide. / Lectinas são definidas como proteínas ou glicoproteínas de origem não imune que possuem pelo menos um sítio de ligação reversível a carboidratos ou glicoconjugados. Nesta classe de proteínas, as de origem vegetal são as mais bem estudadas e caracterizadas quanto sua estrutura tridimensional e funções biológicas relacionadas. As lectinas podem ser encontradas em diferentes partes do vegetal, desde sua raiz até o interior das sementes. É neste último órgão onde são encontradas as maiores concentrações de lectinas. Consideradas proteínas ubíquas na natureza, diferentes atividades biológicas têm sido atribuídas a elas. O estudo estrutural de lectinas a partir da técnica de cristalografia de raios X tem sido o mais utilizado para identificar o exato posicionamento dos átomos organizados na estrutura protéica. Foi o método adotado para resolução das estruturas nativas e complexadas com X-man da lectina DvirL obtida a partir da planta Dioclea virgata pertencente a subtribo Diocleinae, que é a mais estudada dentre as lectinas da família Leguminosae. A DvirL apresenta estrutura multimérica composta de monômeros com massa em torno de 25,5 a 30,0 KDa, e seu arranjo biológico é em tetrâmero formado por dímeros de dímeros. Apresentam como característica o equilíbrio dímero-tetrâmero dependente de pH. A subunidade principal é a �� e, a partir de seu processamento são formadas as subunidades: �� e . Esta lectina possui 237 resíduos de aminoácidos e um único sítio de reconhecimento a carboidratos por monômero que é estabilizado pela presença dos íons divalentes Ca2+ e Mn2+, necessários para a máxima afinidade por seu açúcar ligante e suas atividades biológicas. O domínio de reconhecimento a carboidratos (CRD) é formado na superfície protéica por uma sequência de loops situados acima do sítio para íons. O grau de especificidade das lectinas para açúcares é dado pelas posições relativas dos resíduos conservados presentes no sítio de ligação a açúcar. No presente trabalho foi determinado que o volume do CRD pode ser utilizado para predizer o potencial de uma lectina para reconhecimento de glicanos complexos. E que a DvirL pode se ligar ao X-man via ligações de hidrogênio entre o grupamento indolil e a Tyr12 e interações de Van der Waals. A capacidade de indução de produção de óxido nítrico por células endoteliais a partir de lectinas em diferentes concentrações foi avaliada e neste experimento se conclui ser dependente da interação das células endoteliais com o domínio de ligação a carboidratos, mostrando ser a DvirL um ótimo indutor de produção de óxido nítrico.

Orientador: Marcos Roberto de mattos Fontes / Resumo: Serpentes do gênero Bothrops representam cerca de 90% dos acidentes ofídicos que ocorrem no Brasil. Um componentes presente em venenos de serpentes são as fosfolipases A2 (PLA2s), que podem apresentar diversas atividades biológicas. Diversos estudos com PLA2s e PLA2s-homólogas de venenos de serpentes buscam melhor compreender o mecanismo da ação miotóxica, sugerindo diferentes sítios de ação. Neste trabalho, são apresentados estudos com PLA2s-homólogas do veneno de Bothrops moojeni, conhecida popularmente como caiçaca. A miotoxina II (MjTX-II) foi estudada na forma nativa, complexada com ácidos graxos e os inibidores ácido rosmarínico e suramina, enquanto a miotoxina I (MjTX-I) foi estudada em complexo com o ligante suramina. Para a obtenção dos dados, foram utilizadas diferentes técnicas biofísicas como espalhamento dinâmico de luz, calorimetria por titulação isotérmica e cristalografia de raios X. Estes estudos foram complementados com estudos funcionais por técnicas miográficas e estudos computacionais por dinâmica molecular realizados por outros membros do Laboratório de Biologia Molecular Estrutural. As estruturas cristalográficas da MjTX-II nativa e complexada com ácidos graxos revelaram particularidades para esta toxina, como a independência da ligação de ácidos graxos na estrutura para a sua ativação - alinhamento dos resíduos importantes para a atividade miotóxica. A estrutura da MjTX-II com o ácido rosmarínico revelou que o ligante interage com uma das regiões rela... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bothrops genus represents approximately 90% of the ophidian accidents that occur in Brazil. One of the compounds of the venom is the phospholipases A2 (PLA2s), which are proteins with a wide range of biological activities. Several studies with PLA2s and PLA2-homologues from snake venom were performed to better understanding the myotoxic mechanism, suggesting different activity sites. This work presents studies with PLA2s-homologues isolated from Bothrops moojeni, known in Brazil as caiçaca. The myotoxin II (MjTX-II) was studied in native, complexes to fatty acids, rosmarinic acid and suramin inhibitors. Myotoxin I (MjTX-I) was studied complexed to suramin. X-ray crystallography, dynamic light scattering and isothermal titration calorimetry were used to characterize the protein and complexes. Furthermore, functional studies by myographic techniques and computational studies using molecular dynamics were performed by other members of the Laboratory. Crystallographic structures of MjTX-II in native form and complexes to fatty acids reveals particularities for these toxin, such as the independence of the fatty acids binding for myotoxic residues alignment. The structure of MjTX-II complexed to rosmarinic acid showed that this ligand interact to a of regions related to myotoxic activity of toxin, which probably explaining its inbitory action demonstrated by myographic techniques and is according to previous proposed mechanism. Crystallographic data of the MjTX-II/suramin complex s... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-11T15:16:19Z No. of bitstreams: 2 Tese - Rosane de Paula Castro - 2018.pdf: 6915380 bytes, checksum: 2dd6980ad13f95405b57166fa1a2637c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-11T15:49:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Rosane de Paula Castro - 2018.pdf: 6915380 bytes, checksum: 2dd6980ad13f95405b57166fa1a2637c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-11T15:49:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Rosane de Paula Castro - 2018.pdf: 6915380 bytes, checksum: 2dd6980ad13f95405b57166fa1a2637c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-05-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This thesis presents the structure determination using single crystal x-ray crystallography of four drug candidates under ambient conditions of temperature and pressure, as well as submitted to high pressure. The crystallographic analysis of this type of compound allows to obtain the three-dimensional structure in an unambiguous way. This information is useful for the development process of new drugs in order to achieve the planned properties, such as the study of combinations of the drug with the excipients to be used to guarantee the rate of expected release of the drug in the human body and the optimization of interaction between the drug and the target. Furthermore during the process of drug manufacturing in the pharmaceutical industry polymorphic phases may arise due to the application of pressure, which occurs during grinding and in the preparation of tablets, which may alter the bioavailability, solubility and stability of the medicament. Thus, identifying the conditions under which such modifications may occur guarantees the reliability of the final product. In this sense, the crystallization and crystallographic analysis of drug candidates developed by the Laboratório de Avaliação e Síntese de Substâncias Bioativas (LASSBio) of the Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) was carried out. The compounds analyzed were: LASSBio-1773 and LASSBio-1774, which have hypoglycemic activity, LASSBio-1606, with anti-inflammatory properties, and LASSBio-1735, which has been shown to be active against several types of cancer. For the compounds LASSBio-1774 and LASSBio-1606 X-ray diffraction at high pressures was also performed with Diamond Anvil Cell (DAC), determining their unit cells and analyzing the effects of pressure on the crystalline arrangement. In both compounds reversible phase transitions were observed. The analysis of the structural changes for LASSBio-1774 due to pressure was performed with the aid of strain tensors. / Nesta tese serão apresentados os resultados de determinação estrutural por difração de raios X de monocristais de candidatos a fármacos em condições ambientes de temperatura e pressão, assim como submetidos à altas pressões. A análise cristalográfica desse tipo de composto permite obter a estrutura tridimensional de maneira inequívoca. Essa informação é útil para o processo de desenvolvimento de novos fármacos a fim de se alcançar as propriedades planejadas, tais como o estudo de combinações do fármaco com os excipientes a serem utilizados para garantir a taxa de liberação esperada do fármaco no corpo humano e a otimização da interação entre o fármaco e o alvo. Além disso, durante o processo de produção na indústria farmacêutica, podem surgir fases polimórficas devido à aplicação de pressão, que ocorre durante a moagem e na preparação de comprimidos, podendo alterar a biodisponibilidade, solubilidade e estabilidade do medicamento. Assim, identificar as condições nas quais tais modificações podem ocorrer, garante a confiabilidade do produto final. Nesse sentido, no presente trabalho foram realizadas a cristalização e análise cristalográfica de candidatos à fármacos desenvolvidos pelo Laboratório de Avaliação e Síntese de Substâncias Bioativas (LASSBio) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Os compostos analisados foram: LASSBio-1773 e LASSBio-1774, que possuem atividade hipoglicemiante, LASSBio-1606, com propriedade anti-inflamatória, e LASSBio-1735, que se mostrou ativo contra diversos tipos de câncer. Para os compostos LASSBio-1774 e LASSBio-1606 foi realizada também a difração de raios X em altas pressões, com a Diamond Anvil Cell (DAC), determinando suas células unitárias e analisando os efeitos da pressão sobre o arranjo cristalino. Em ambos os compostos foram observadas transições de fase reversíveis. Para o LASSBio-1774 a análise das mudanças estruturais devidas à pressão foi realizada com o auxílio dos tensores de strain.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Lectinas sÃo proteÃnas que possuem no mÃnimo um domÃnio nÃo catalÃtico capaz de se ligar reversivelmente a mono ou oligossacarÃdeos especÃficos. As lectinas sÃo amplamente distribuÃdas em muitas plantas, bem como em animais e outros organismos. Geralmente, as lectinas sÃo muito abundantes em sementes de plantas, especialmente na famÃlia Leguminosae. Centenas de lectinas jà foram isoladas e caracterizadas de plantas pertencentes a diferentes famÃlias dessa divisÃo. A famÃlia das lectinas de leguminosas representa o grupo desta classe proteica mais bem estudada, em especial destaque a subtribo Diocleinae. As lectinas de Diocleinae apresentam um alto grau de similaridade estrutural, porÃm o mesmo nÃo se observa quanto Ãs atividades biolÃgicas. Esta variabilidade reside em detalhes que podem ser analisados em estudos baseados em estruturas. Neste contexto, o presente trabalho descreve a caracterizaÃÃo estrutural parcial e biolÃgica de uma lectina presente em sementes de Dioclea reflexa Hook F., pertencente à famÃlia Leguminosae, subfamÃlia Papilionoideae, tribo Phaseoleae, subtribo Diocleinae. A lectina de sementes de Dioclea reflexa (DrfL) foi purificada em uma Ãnica etapa atravÃs de cromatografia de afinidade em coluna Sephadex G-50. A lectina aglutinou fortemente eritrÃcitos de coelho e foi inibida por D-manose e &#945;-metil-D-manosÃdeo. A atividade hemaglutinante da DrfL à Ãtima nos pH 5,0;6,0 e 7,0, e estÃvel a uma temperatura de 50 ÂC. Semelhante a outras lectinas da subtribo Diocleinae, a anÃlise por espectrometria de massas indicou que a lectina de D. reflexa possui possui trÃs cadeias (&#945;, &#946; e &#947;) com massas de 25.562, 12.874 e 12.706 Da, respectivamente, e nÃo possui ligaÃÃes dissulfeto ou glicosilaÃÃes. A sequÃncia primÃria da DrfL apresenta grande similaridade com outras lectinas de espÃcies do mesmo gÃnero. A proteÃna foi cristalizada pelo mÃtodo de difusÃo de vapor na presenÃa do ligante X-man e foi resolvida a uma resoluÃÃo de 1,76 Ã. DrfL apresentou efeito relaxante em mÃsculo liso de aortas endotelizadas de rato e apresentou atividade inflamatÃria no modelo de edema de pata de rato. A lectina de D. reflexa exibiu baixa citotoxicidade contra nÃuplios de Artemia sp. / Lectins are proteins that have at least one non-catalytic domain capable of reversibly bind to specific mono-or oligosaccharides. Lectins are widely distributed in many plants as well as animals and other organisms. In general, lectins are very abundant in plant seeds, especially in the Leguminosae family. Hundreds of lectins have been isolated and characterized from plants belonging to different families of this division. The legume lectin family is the group of this protein class further studied, in particular highlighted the subtribe Diocleinae. Lectins Diocleinae have a high degree of structural similarity, but the same was not true about the biological activities. This variability lies in details that can be analyzed in studies based structures. In this context, this paper describes the partial structural and biological characterization of a lectin present in seeds Dioclea reflexa Hook F. belonging to the family Leguminosae, subfamily Papilionoideae, tribe Phaseoleae, subtribe Diocleinae. The seed lectin Dioclea reflexa (DrfL) was purified in a single step by affinity chromatography on Sephadex G-50 column. The lectin strongly agglutinated rabbit erythrocytes and was inhibited by D-mannose and methyl-&#945;-D-manoside. The hemagglutinating activity of the DrfL is optimum pH 5.0, 6.0 and 7.0, stable at a temperature of 50  C. Similar to other lectins of the subtribe Diocleinae, analysis by mass spectrometry indicated that the lectin D. reflex has three chains (&#945;, &#946; and &#947;) with masses of 25,562; 12,874 and 12,706 Da, respectively, and has no disulfide bonds or glycosylation. The primary sequence of DrfL shows great similarity with other lectins from species of the same genus. The protein was crystallized by vapor diffusion bonding method in the presence of X-man and was determined to a resolution of 1.76 Ã. DrfL presented relaxing effect on smooth muscle and endothelial aortas rat and showed inflammatory activity in the rat paw edema model. The lectin D. reflexa exhibited low cytotoxicity against Artemia sp.

<p align=\"justify\">A necessidade urgente de descoberta de terapias mais seguras e eficazes para o tratamento da doença de Chagas e leishmanioses tem motivado a pesquisa por novos inibidores das enzimas cruzaína e CPB, as principais cisteíno proteases do T. cruzie e Leishmania spp., respectivamente. Uma série de 52 compostos nitrílicos que atuam como inibidores covalente-reversíveis de cisteíno proteases foi sintetizada no grupo NEQUIMED/IQSC/USP e avaliada quanto a sua atividade inibitória contra as enzimas cruzaína, CPB de Leishmania mexicana e catepsina L de humanos. Utilizando planejamento molecular baseado em hipótese, mapeamos as relações estrutura-atividade (SARs) desses inibidores através de variações nas posições P1, P2, P3 e P1\' do esqueleto dipeptidil nitrílico. A substituição do grupo eletrofílico (warhead) aminonitrila em P1 pelo grupo azanitrila melhorou a afinidade em duas ordens de magnitude para todos os alvos avaliados. Um dos mais potentes inibidores, o análogo azanitrila Neq0690 mostrou uma cinética de ligação lenta com valores de pKi de 8,8, 9,3 e 9,7 para cruzaína, catepsina L e LmCPB, respectivamente. A substituição bioisostérica da ligação amida entre as posições P2-P3 pelo grupo trifluoroetilamina resultou na síntese do Neq0659, um potente inibidor com um perfil de ação seletivo para as proteases de parasitos. A substituição do grupo metileno em P1 pelo ciclopropano aumentou a afinidade para todas as enzimas. Contudo, uma inibição seletiva da cruzaína e LmCPB foi associada à presença do grupo (R)-benzila como substituinte da posição P1 dos derivados CF3 substituídos. Embora os compostos substituídos com leucina, tirosina, triptofano e 3-cloro fenilalanina como substituintes da posição P2 foram relativamente bem tolerados pela cruzaína e catepsina L, uma restrita especificidade foi verificada para LmCPB com pequenos ganhos de afinidade para os inibidores que possuíam os grupos leucina e metil benzoato como substituintes dessa posição. Com relação à posição P3, a inserção do grupo 3-terc-butilpirazol e 3-bromo piridina aumentou a afinidade para todos os alvos avaliados enquanto que um ganho seletivo para a LmCPB foi observado para os compostos que possuíam o grupo bifenila nessa posição. Além disso, duas novas estruturas cristalográficas da LmCPB complexada com o Neq0690 e metil metanotiossulfonato (MMTS) foram determinadas com resoluções de 1,3 Å e 1,5 Å, respectivamente. As estruturas dos co-complexos revelaram os modos de interação (MoB) desses ligantes, bem como as principais características do processo de reconhecimento bimolecular. Isso permitirá o uso de estratégias de planejamento baseado na estrutura do alvo com translação natural para a pesquisa por novos inibidores de cisteíno proteases, com amplo espectro de ação na quimioterapia de doenças a elas relacionadas. / <p align=\"justify\">The urgent need for the discovery of safer and more effective therapies for the treatment of Chagas disease and leishmaniasis has motivated the search for new inhibitors of the enzymes cruzain and CPB, the major T. cruzi and Leishmania spp. cysteine proteases, respectively. A series of 52 nitrile-containing compounds acting as covalent-reversible inhibitors of cysteine proteases was synthesized at the NEQUIMED/IQSC/USP Medicinal Chemistry Group and evaluated for their inhibitory activity against the enzymes cruzain, Leishmania mexicana CPB and cathepsin L from humans. Using hypothesis-driven molecular design, we mapped the structure-activity relationships (SARs) of these inhibitors through variations in the P1, P2, P3 and P1\' positions of the dipeptidyl nitrile scaffold. The substitution of the aminonitrile by the azanitrile group improved the affinity by two orders of magnitude for all the evaluated targets. One of the most potent inhibitors, the azanitrile analogue dubbed Neq0690 showed a slow-binding kinetics with pKi values of 8.8, 9.3 and 9.7 for cruzain, cathepsin L and LmCPB, respectively. Bioisosteric substitution of the amide moiety between the P2-P3 positions by the trifluoroethylamine group resulted in the synthesis of Neq0659, a potent inhibitor with a selective action profile for parasite proteases. Substitution of the methylene group at P1 by cyclopropane increased the affinity for all enzymes. However, selective inhibition of cruzain and LmCPB was associated with the presence of the (R)-benzyl group as substituent of the P1 position of the substituted CF3 derivatives. Although leucine, tyrosine, tryptophan and 3-chloro phenylalanine substituted compounds as substituents of the P2 position were relatively well tolerated by cruzain and cathepsin L, a restricted specificity was verified for LmCPB with small affinity gains for the inhibitors possessing the leucine and methyl benzoate as substituents of that position. Regarding the P3 position, the insertion of the 3-tert-butylpyrazole and 3-bromo pyridine groups increased the affinity for all evaluated targets whereas a selective gain for LmCPB was observed for the compounds having the biphenyl moiety at that position. In addition, it is noteworthy that two new crystallographic structures of LmCPB complexed with Neq0690 and methyl methanethiosulfonate (MMTS) were determined with resolutions of 1.3 Å and 1.5 Å, respectively. The structures of the co-complexes revealed the modes of binding (MoB) of these ligands, as well as the main characteristics of the bimolecular recognition process. This will allow the natural translational target structure strategies for the search for new inhibitors of cysteine proteases with broad spectrum of action in the chemotherapy of related diseases.

A enzima diidroorotato desidrogenase (DHODH) catalisa a conversão de diidroorotato em orotato, a quarta e única reação redox da via metabólica da síntese de novo de nucleotídeos de pirimidina. DHODH tem sido explorada como alvo validado para terapias contra doenças proliferativas e parasitárias e, em particular, tem sido considerada um alvo atraente para o planejamento de fármacos com ação contra tripanossomatídeos, como parasitos dos gêneros Trypanosoma e Leishmania, que conjuntamente são responsáveis por doenças e mortes que acometem milhões de pessoas em todo o mundo. Neste trabalho, através da combinação de técnicas de DNA recombinante, termofluor, cristalografia de raios-X e ensaios de inibição in vitro e in silico, foi possível identificar sítios alvos na estrutura da DHODH para o desenvolvimento de ligantes, identificar inibidores potentes e seletivos contra as DHODHs de Leishmania major e Trypanosoma cruzi e, caracterizar seus mecanismos de inibição. Finalmente, o efeito leishmanicida observado em nossos ensaios anti-promastigota e os baixos níveis de citotoxicidade observados em células de mamíferos sugerem que alguns dos compostos identificados durante o desenvolvimento deste projeto como potentes inibidores da enzima DHODH poderão ser utilizados como protótipos para o desenvolvimento de fármacos com ação leishmanicida e tripanocida. Combinados, nossos resultados forneceram uma nova e importante contribuição para a compreensão do mecanismo de ação das enzimas DHODH da classe 1A e para o desenho de fármacos baseado nas estruturas das enzimas diidroorotato desidrogenase de Leishmania major e Trypanosoma cruzi. Além disso, a alta identidade sequencial e estrutural observada entre as enzimas de tripanossomatídeos sugerem que uma única estratégia para o desenho de inibidores baseado em estrutura poderá ser usada para explorar a enzima DHODH como alvo terapêutico para várias doenças negligenciadas tropicais como Leishmaniose, Doença do sono e Doença de Chagas / Dihydroorotate dehydrogenase (DHODH) catalyses the conversion of dihydroorote to orotate, the fourth step and only redox reaction in the de novo pyrimidine biosynthetic pathway. DHODH has been exploited as a validated target for therapy against proliferative and parasitic diseases, and in particular, has been considered to be an attractive target for drug development against trypanosomatids, such as parasites from the genera Leishmania and Trypanosoma that collectively cause disease and death in millions of humans. In this work, by combining recombinant DNA technology, thermofluor, X-ray crystallography and in vitro and in silico inhibition assays, we have been able to identify target sites for ligand design, identify potent and selective inhibitors against trypanosomatid DHODHs and fully characterize their mechanism of inibition. Finally, the anti-leishmanial effect observed in our anti-promastigote assays and the low citotoxicity levels observed against mammaliam cells strongly suggest that some of the compounds identified during the development of this project as potent DHODH inhibitors can be used as prototytes for the development of anti-leishmania and anti-trypanosoma drugs. Altogether, our findings provide a new and important contribution to the understanding of the mechanism of action of class 1A DHODHs and for the structure-assisted design of inhibitors against trypanosomatid DHODHs. Furthermore, the high sequence and structural similarity observed among trypanosomatid DHODH suggest that a single strategy of structure-based inhibitor design can be used to exploit DHODH as a druggable target against multiple neglected tropical diseases such as Leishmaniasis, Sleeping Sickness and Chagas\' Disease.